Realização: Apoio:

TÍTULO: CARVÃO ATIVO DE MATERIAIS ALTERNATIVOS COMO ADSORVENTE DE POLUENTESAMBIENTAIS

CATEGORIA: EM ANDAMENTO

ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

SUBÁREA: Química

INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO - USF

AUTOR(ES): GRAZIELE APARECIDA DA SILVA RAIMUNDO, CHAIENE NATALY DIAS, DAVID AGUIARFERREIRA JUNIOR, CAROLINA DORICCI GUILHERME

ORIENTADOR(ES): ANDRÉ AUGUSTO GUTIERRES BEATI, RAFAEL AUGUSTO VALENTIM DA CRUZMAGDALENA

Prof. Orientador: Dr. André Augusto Gutierrez Beati

Rafael Augusto Valentim da Cruz Magdalena

Carolina Doricci Guilherme

Chaiene Nataly Dias

David Aguiar Ferreira Jr.

Graziele Aparecida da Silva Raimundo

CARVÃO ATIVO DE MATERIAIS ALTERNATIVOS

COMO ADSORVENTE DE POLUENTES

AMBIENTAIS

Apoio:

Bragança Paulista

2019

Resumo

São inúmeros os fatores que agravam as crises ambientais enfrentadas hoje em dia, o

descarte incorreto de resíduos industriais por exemplo, onde até mesmo resíduos

altamente prejudiciais à natureza e à saúde são descartados em solos e recursos hídricos

sem ao menos ter tido tratamento prévio, o que acarreta em sérios danos ao meio ambiente

e em muitos dos casos irreversíveis.

Atualmente, o carvão ativo é conhecido por sua excelente capacidade de adsorção, onde

o mesmo é utilizado até mesmo na medicina para casos de envenenamento, que quando

em contato com o organismo do indivíduo intoxicado acaba adsorvendo essa substância.

Este carvão pode ser obtido pelo processo de pirólise de diversos materiais, trazendo o

benefício do reaproveitamento dos mesmos. Levando em consideração as propriedades

adsortivas já conhecidas do carvão ativo comercial, este pode também, após sucessivos

estudos ser utilizado para adsorver poluentes encontrados em recursos hídricos, tais

como, rios, mares, lagos, entre outros e até mesmo no solo, podendo estes poluentes serem

herbicidas e agrotóxicos, metais pesados, corantes alimentícios e até mesmo

hidrocarbonetos de petróleo.

Tendo em vista esses fatores, essa pesquisa tem por objetivo o reuso de materiais residuais

que muitas das vezes não têm utilidade perante a indústria ou são altamente prejudiciais

quando tratados de forma incorreta, como PET, lodo e couro de curtume, transformando-

os em carvão com o intuito de adsorver poluentes da água e do solo que são difíceis de

tratar, e acabam aderindo ao solo ou à água de tal forma que se torna complexa a

separação.

Esses materiais são pirolisados em um reator tubular a uma temperatura controlada,

posteriormente é feito um processo de ativação com ácido sulfúrico ou nítrico ou até

mesmo cloreto de zinco, e esse carvão é submetido a testes de análise térmica,

espectroscopia e turbidimetria para comparação com o carvão comercial, e posterior teste

de adsorção de possíveis poluentes.

Além disso, este projeto tem o objetivo de analisar o desempenho desse carvão (carbono)

como matriz de EDG (Eletrodo de Difusão Gasosa), observando seu desempenho na

eletrossíntese de H2O2.

Palavras Chave: Carvão Ativo, Adsorção, Poluentes.

Sumário

INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 5

OBJETIVO ................................................................................................................... 6

JUSTIFICATIVAS ........................................................................................................ 7

1. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO .................................................................. 8

1.1 Caracterização do Carvão Ativo ......................................................................... 8

1.1.1 Definição e História ........................................................................................ 8

1.1.2 Produção ........................................................................................................ 8

1.1.3 Utilização ....................................................................................................... 9

1.1.4 Carvão Pirolisado a partir de Resíduos Sólidos .......................................... 9

1.2 Propriedades Físico-Químicas .......................................................................... 11

1.2.1. Definição ..................................................................................................... 11

1.2.2 Propriedades Físico-Químicas do Carvão ...................................................... 11

1.3 Caracterização dos Poluentes ........................................................................... 12

1.3.1. Definição ..................................................................................................... 12

1.3.2. Poluentes Selecionados ................................................................................. 12

1.3.3. Efeito dos Poluentes ..................................................................................... 13

1.4 Peróxido de Hidrogênio .................................................................................... 13

1.5. Análise Térmica Diferencial (DTA) ................................................................. 14

2. MÉTODO ............................................................................................................ 15

2.1 Carvão de Couro in natura (Couro de Curtume) ........................................ 15

2.1.1. Pirólise do Carvão ....................................................................................... 15

2.1.2 Ativação do Carvão ...................................................................................... 15

2.1.3 Teste de Filtração ......................................................................................... 15

2.2 Carvão de PET (Politereftalato de Etileno) .................................................. 15

2.2.1. Pirólise do Carvão ....................................................................................... 15

2.2.2 Ativação do Carvão ...................................................................................... 16

2.2.3 Teste de Dispersão ........................................................................................ 16

2.2.4 Teste de Adsorção ......................................................................................... 17

3. ANÁLISE TÉRMICA (DTA) ................................................................................ 17

3.1 Método .............................................................................................................. 17

3.2 Procedimento .................................................................................................... 18

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................... 19

4.1. Pirólise ............................................................................................................. 19

4.2. Maceração e Influência da densidade ............................................................ 19

4.3 Teste de Dispersão ............................................................................................ 20

4.4 Comparação dos Gráficos de Densidade e de Dispersão .................................. 20

4.5 Teste de adsorção .............................................................................................. 21

4.6 Análise DTA ..................................................................................................... 23

4.7. Análise Extra do Couro in natura.................................................................... 26

5. Conclusões Gerais................................................................................................. 27

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 28

INTRODUÇÃO

A geração atual (adultos e jovens) carrega uma grande responsabilidade: evitar

que os problemas ambientais tornem-se irreversíveis no futuro (muitos dizem que temos

apenas 10 anos antes de cruzarmos um ponto de irreversibilidade). [1]

Por meio da técnica, o ser humano consegue usar o conhecimento que tem da

natureza a favor de seus próprios interesses, mas nem sempre atua de forma a respeitar o

equilíbrio natural, provocando dessa forma a degradação ambiental. É preciso ficar atento

a morte dos oceanos, os riscos do desmatamento, que cria desertos, bem como os efeitos

danosos da industrialização e da urbanização descontroladas. Essa interferência

predatória atingiu tal nível que exige de todos nós não só a conscientização desse grave

problema, como também a ação efetiva e urgente no sentido de reverter esse processo

para produzir um desenvolvimento sustentável. [2]

A capacidade do meio ambiente está comprometida, os recursos naturais estão

cada vez mais escassos e a natureza não mais está absorvendo a poluição, a degradação

da água, do solo e do ar. Não é possível continuar expandindo a ocupação e a alteração

na superfície sem causar impactos ambientais e principalmente sobre o solo, que é o palco

da humanidade. [3]

O tema proposto relaciona o progresso econômico, social e ambiental, ou seja, o

tripé responsável pelo desenvolvimento sustentável. A busca é por encontrar

possibilidades nas características do carvão ativo como filtrante de poluentes.

OBJETIVO

Trata-se de um projeto que tem como objetivo submeter o carvão ativo de material

residual a substâncias poluentes e identificar a capacidade de reação do mesmoo como

remediador destas substâncias.

Com o enfoque eletroquímico, ainda tem por objetivo de avaliar os processos

eletroquímicos de tratamento de efluentes industriais que contenham compostos

orgânicos, via oxidação de H2O2 eletrogerado, utilizando eletrodos de difusão gasosa

modificados com óxidos térmicos de CeO2. Serão estudados processos de degradação de

compostos orgânicos da indústria têxtil, da indústria farmacêutica e também de

agrotóxicos. Como objetivo secundário também se espera estudar a substituição da matriz

condutora, por fontes alternativas de obtenção de carvão ativo.

JUSTIFICATIVAS

O carvão ativo é um mineral de origem orgânica com um grande potencial

filtrante, é obtido a baixo custo e possui diversos uso domésticos e medicinais. [4]

A sua utilização em poluentes mais severos para o meio ambiente pode ser uma

solução potencialmente de baixo custo e alto rendimento. Além de se tornar um material

útil a todos os setores da sociedade.

1. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

1.1 Caracterização do Carvão Ativo

1.1.1 Definição e História

O carvão já era bastante conhecido pelos povos antigos, principalmente egípcios

e gregos que o utilizavam para desintoxicação, até mesmo os povos indígenas-americanos

o utilizavam para esse fim. No entanto, somente em meados do século XIX apareceram

os primeiros relatos públicos de experimentos que comprovam sua funcionalidade em

neutralizar venenos letais [5].

É um material de carbono, com porosidade muito desenvolvida, o que lhe

proporciona a possibilidade de reter selecionadas partículas de gases, líquidos ou outras

impurezas em seus poros, sendo que o tamanho desses poros auxilia na seletividade do

que será retido, de acordo com o tamanho das partículas.

Devido a essa característica ele é conhecido como adsorvente universal, possuindo

uma superfície interna larga que se situa numa rede de poros estreitos, onde ocorre a maior

parte do processo de adsorção.

1.1.2 Produção

O carvão ativo pode ser obtido a partir de diversos materiais, os mais utilizados

são aqueles denominados lignocelulósicos1 (madeira e materiais alternativos como casca

de coco ou noz ou até mesmo sementes e ossos).

Esses materiais são transformados em carvão a partir de uma queima controlada

com baixo teor de oxigênio (entre 800°C e 1000°C), sem que haja a queima total do

material para preservação de sua porosidade.

Pode-se destacar dois métodos distintos de sua preparação:

1 Pode ser definido como materiais fibrosos, que formam matrizes complexas constituídas de celulose, um polímero rígido de glicose, hemicelulose, pectina e outras gomas. (Apostila 4. Papel e Celulose. pg. 02) [6].

Químico: método de passo único, que ocorre na presença de agentes químicos, utilizando

geralmente, temperaturas menores (quando comparado com os físicos), o que permite

preservação maior da porosidade. Também possui maior rendimento.

Físico: trata-se da carbonização do material, seguido da ativação por agentes ativantes,

como CO2 ou vapor. (adaptado de MORENO-PIRAJA, J.C.; GIRALDO, L., 2009). [6]

1.1.3 Utilização

O Carvão Ativo (CA) é um importante auxiliador da medicina no tratamento de

intoxicações, onde o mesmo entra no organismo do indivíduo e adsorve o máximo

possível do material tóxico, deixando uma quantidade muito pequena ou nula para o

organismo absorver.

Atualmente vem ganhando um amplo espaço no controle de poluição ambiental,

sendo utilizado como adsorvente para a remoção de compostos orgânicos e outras

substâncias tóxicas em efluentes industriais ou até mesmo, vem sendo utilizado para a

remoção de íons metálicos (altamente prejudiciais à saúde) de águas residuais.

Além dessas aplicações, também pode ser utilizado industrialmente como filtro,

devido suas características porosas, para adsorção de gases, por exemplo.

1.1.4 Carvão Pirolisado a partir de Resíduos Sólidos

O Brasil encontra-se, atualmente, em falta de matéria-prima para a produção de

carvão ativado. Embora este insumo venha desempenhando um papel muito importante, ele

possui uma produção inferior à sua crescente demanda. Em relação a isso, estudos

referentes à preparação de carvão ativado produzidos a partir de resíduos podem nos trazer,

além de benefícios ambientais, soluções na busca por matérias-primas mais baratas e

abundantes [7]. O custo de produção dos carvões ativados é considerado relativamente alto.

Entretanto, os resíduos gerados da cana-de-açúcar, do PET e do couro são materiais de

baixo custo devido à sua produção em larga escala e abundância.

O carvão produzido a partir da cana-de-açúcar apresenta boa distribuição de poros,

elevada área superficial e capacidade de adsorção. Além dos bons resultados que se

consegue obter, o bagaço de cana é um importante subproduto da agroindústria brasileira e

encontrar utilidade para este material pode ser bastante rentável para essas indústrias.

O Brasil é o maior produtor mundial de cana, tanto para indústrias de álcool como

de açúcar. De acordo com o levantamento oficial da CONAB, órgão do Ministério da

Agricultura do Brasil, a produção nacional de cana em 2008/2009 foi estimada em cerca de

558 milhões de 11 toneladas. Em média, 280 kg de bagaço de cana contendo 50% de

umidade são produzidos por tonelada de cana processada. Nestas indústrias, o bagaço é

queimado para produzir energia para usinas de açúcar, mas a quantidade restante ainda é

significativa, cerca de 40 a 30 % do total gerado.

Considerando a enorme quantidade de PET produzido no Brasil e no mundo, é de

grande importância encontrar alternativas para reutilizar esse material. Afinal, o seu tempo

de degradação no meio ambiente pode levar mais de 100 anos para ser concluído e as

maneiras tradicionais de reutilização do material são insuficientes [8]. Desse modo, o

investimento tecnológico para novas formas de reutilização do resíduo está cada vez maior,

uma vez que, esse material, quando reciclado, possui baixo custo e grande facilidade de

obtenção, sendo, portanto, muito acessível [9 e 10]. Portanto, uma nova alternativa é o reuso

do PET reciclado (embalagens de refrigerante) para produção de carvão ativado, sendo que

este será utilizado posteriormente para remoção de matéria orgânica em efluentes. Sendo

assim, uma alternativa duplamente eficiente para o bem-estar social e ambiental, uma vez

que a matéria-prima para o carvão ativado será uma forma de reciclagem e a sua utilização,

uma forma de tratamento para efluentes contaminados.

1.2 Propriedades Físico-Químicas

1.2.1. Definição

Toda matéria (que ocupa lugar e tem massa) possui suas próprias características.

Propriedades Físico-Químicas pode então ser definida como toda e qualquer propriedade

da matéria.

Pode-se dividi-la em dois grupos, os químicos e os físicos. Sendo os Químicos

aqueles que definem as transformações e particularidades da substância em si, como

eletronegatividade ou positividade, raios atômico e iônico, entre outras, a partir daí

podendo definir características como reatividade, entalpia de formação e inflamabilidade,

por exemplo. Enquanto as físicas estão mais relacionadas com as características dos

corpos em si como ponto de fusão, ebulição, densidade e afins.

1.2.2 Propriedades Físico-Químicas do Carvão

É possível descrever o carvão ativo como um sólido de forma microcristalina,

microporoso, de coloração negra e carbonoso. Possui ponto de fusão superior a 3500°C.

Quando se encontra compactado possui grande porosidade o que auxilia em sua

capacidade de adsorção, podendo adsorver gases líquidos e diversas outras impurezas.

Figura 1. Exemplo dos poros do carvão ativado.

1.3 Caracterização dos Poluentes

1.3.1. Definição

Pode-se compreender como poluentes todo e qualquer detrito que é dispensado

em um ambiente (solo, águas de rios e mares, ar atmosférico), onde o mesmo não

consegue se adaptar a esse detrito, que acaba causando grandes prejuízos a esse ambiente,

destruindo o equilíbrio dos ecossistemas presentes e no equilíbrio ecológico causando

danos ambientais.

Um exemplo de poluente bastante conhecido é o óxido de carbono, que é um

poluente atmosférico que pode ser gerado por escape de veículos e de alguns processos

industriais.

1.3.2. Poluentes Selecionados

a) Chorume: Encontrado em solos onde funcionam aterros sanitários, quando em

contato com o solo ou com a água é altamente poluente. Ele é um líquido escuro rico em

matéria orgânica, possuindo o agravante de que a matéria orgânica quando entra em

decomposição libera também diversos tipos de gases poluentes.

b) Metais Pesados: A contaminação por metais pesados nos solos é algo bastante

grave, já que os mesmos acabam causando danos à saúde. Aqueles encontrados em sua

forma solúvel são os mais perigosos, pois o metal encontra-se na forma iônica e acaba

sendo facilmente absorvido pelo solo.

c) Hidrocarbonetos: solos de postos de gasolina desativados, por exemplo, são

inutilizados devido a presença desse contaminante. Quando absorvido pelo solo sua

remoção é muito difícil. Nestes postos existem tanques de gasolina (derivados do

petróleo, portanto hidrocarboneto), que devido algum vazamento ou até mesmo por sua

localização acabam entrando em contato com o solo, quando estes postos são desativados,

não se pode fazer mais nada no local, e o solo perde o uso.

Estes poluentes foram escolhidos devido ao grau de prejuízo que trazem ao solo,

procurando sempre a recuperação para reuso do mesmo. Um deles, o Chorume, já existe

meios de retirá-lo, alguns pesquisadores estão testando formas de torna-lo água potável,

no entanto, sempre importante outras opções de tratamento. Os hidrocarbonetos já são

um caso mais complexo, eles se aderem ao solo com extrema facilidade e sua remoção é

bastante complexa.

1.3.3. Efeito dos Poluentes

Os poluentes podem trazer para o solo alterações geológicas, paleontológicas ou

fisiográficas [11]. Podem também remover a camada vegetal (se existente) causando

erosão, podem alterar também as características essenciais do solo, como a densidade,

consistência e teor de matéria orgânica.

1.4 Peróxido de Hidrogênio

Quando se leva em consideração a questão da preservação, o peróxido de

hidrogênio mostra-se como um reagente único, já que o produto produzido na

decomposição é a água. Como oxidante, sua utilização abrange a oxidação seletiva e a

manufatura de compostos orgânicos, branqueamento de polpa na indústria de papel, e

no tratamento de efluentes aquosos, é responsável pela mineralização de diversos

compostos orgânicos. [12]

O peróxido de hidrogênio (H2O2) é uma substância altamente oxidante mais

versátil existente com aplicação em diversas áreas, como alternativa ao uso do cloro

gasoso (Cl2). Pode ser manipulado tanto na forma isolada quanto na combinada. A

escolha do método depende das necessidades do processo. A seletividade do H2O2

quando tratada sob certas condições experimentais, como o controle da temperatura,

concentração, tempo de reação, adição ou não de catalisadores, deve a sua versatilidade

e consequentemente sua vasta aplicação. [13] A produção de H2O2 em Eletrodos de

Difusão Gasosa (EDG) é fundamentada na redução catódica da moléculas de oxigênio

em meio aquoso. Este tipo de eletrodo não sofre limitações impostas pela concentração

de gás no meio e nem pela difusão de moléculas de O2 do centro da solução até a

superfície do eletrodo, como nos eletrodos convencionais.

1.5. Análise Térmica Diferencial (DTA)

A análise térmica diferencial (DTA) é uma técnica térmica de medição contínua

das temperaturas da amostra e de um material de referência termicamente inerte, à

medida que ambos vão sendo aquecidos ou resfriados em um forno. Estas medições de

temperatura são diferenciais, pois se registra a diferença entre a temperatura da

referência (Tr), e a da temperatura da amostra (Ta), ou seja (Tr – Ta = ΔT), em função

da temperatura ou do tempo, dado que o aquecimento ou resfriamento são sempre feitos

em ritmo linear (dT/dt = Cte).

Como resultado disso é produzido um termograma diferencial. O termograma

diferencial pode apresentar os máximos e mínimos que são chamados de picos; os

máximos são resultados do processo exotérmicos, ou seja, calor liberado da amostra

causando o aumento da temperatura; os mínimos são consequências de processos

endotérmicos no qual o calor é absorvido pelo analito.

As reações endotérmicas incluem desidratação, redução em uma atmosfera

gasosa e decomposição. Já as reações exotérmicas incluem a oxidação no ar ou na

presença de oxigênio, polimerização e reação catalíticas.

Figura 2. Desenho esquemático de um aparelho de DTA.

2. MÉTODO

2.1 Carvão de Couro in natura (Couro de Curtume)

2.1.1. Pirólise do Carvão

Inicialmente o couro foi seco na mufla a uma temperatura de 120°C por

aproximadamente duas horas, em seguida, teve inpicio a pirólise em uma temperatura de

250°C, tal como foi o processo realizado com o lodo, descrito nos itens anteriores.

2.1.2 Ativação do Carvão

Neste caso o ácido escolhido foi apenas o ácido sulfúrico em uma concentração

de 1 mol/L, onde o carvão já pirolisado foi colocado em banho de 24 horas. Ao terminar

esse período, o mesmo foi retirado do banho, filtrado, e realizado uma sequência de cinco

lavagens com água destilada para neutralização do pH, que estava baixo devido a acidez

trazida pelo ácido.

2.1.3 Teste de Filtração

O único teste realizado nesse carvão foi o de filtração com vinho, onde o carvão

tanto puro quanto o ativado, foram submetidos a um processo de filtração de vinho, para

observação visual da mudança de pigmento, para posterior observação de adsorção do

corante presente na bebida.

2.2 Carvão de PET (Politereftalato de Etileno)

2.2.1. Pirólise do Carvão

O PET foi previamente selecionado e foi enviado para a pirólise em um reator

isolado termicamente e hermeticamente, o que fez com que não houvesse entrada de gás

oxigênio, com um tambor rotativo a uma temperatura de 750°C que foi mantida por um

controlador, os carvões foram obtidos a partir do sistema de extração do reator.

Figura 3. Reator Rotativo da Vautec Equipamentos

2.2.2 Ativação do Carvão

O carvão foi saturado com cloreto de zinco que foi usado como agente ativante

dos carvões em uma proporção de 1:1 em massa. Logo após este processo os compostos

de carvão com ácido foram secos em estufa na temperatura de 100°C por 24 horas e

foram levados a mufla na temperatura de 500°C por três horas. Após este processo as

amostras ficaram por 1 hora em banho aquecido com a solução ácida de HCl (2 mol/L),

assim sendo foram lavadas com água destilada até o pH ficar neutro. Para concluir as

amostras foram para estufa na temperatura de 100°C e permaceram por 24 horas com

intuito de secá-las.

2.2.3 Teste de Dispersão

Foi realizado um teste de dispersão utilizando um béquer contendo 50 mL de

água e foi analisado a dispersão. A turbidez das amostras de carvões também foi medida

utilizando um turbidímetro em relação ao tempo, tornando-se a medição inicial com

tempo igual a zero das amostras agitadas, as outras medidas foram feitas levando em

consideração a decantação das amostras.

2.2.4 Teste de Adsorção

Foram realizados testes de adsorção com vinho Chapinha para construir a curva

de calibração com os dados obtidos com um espectrofotômetro com onda de 470nm.

Para analisar a adsorção foi colocado 2,5g de carvão em um filtro de 4µm e filtrou o

vinho que foi diluído a 50%. Logo após a filtração foi medido a absorbância das

amostras com o espectrofotômetro com onda de 470nm.

3. ANÁLISE TÉRMICA (DTA)

As amostras de carvão de couro de também de PET foram submetidos a testes de

análise térmica diferencial, para comparação com o carvão ativo comercial.

3.1 Método

A partir da Análise Térmica Diferencial é possível acompanhar a variação da

temperatura da amostra em relação à referência. A figura 4 apresenta o equipamento

utilizado para este fim:

Figura 4. Equipamento DTA do Laboratório de Farmácia da USF.

Pelo programa da Netzsch e aparelho DTA é obtido as curvas da análise do

material, a programação do equipamento é apresentada pelo fluxograma a seguir:

Figura 5. Passos para criar análises no DTA

3.2 Procedimento

Pesou-se em balança analítica o cadinho do DTA, anotou-se a massa, colocou-se

5 mg da amostra a ser analisada no cadinho, inseriu-se no aparelho e encaixar a tampa.

Com o computador e equipamentos DTA ligados, abriu a pasta da Netzsch e abriu

programa do DTA e criou novo arquivo para a análise. Adicionou o nome do operador,

nome da amostra, peso do cadinho e da amostra e peso da amostra de referência colocar

zero, clicou em continuar. Salvou arquivo na pasta do programa e continuou, com a

nova aba adicionou as temperaturas inicial, final e de segurança e continuou, clicou em

start para o início da análise, conforme o tempo foi passando as curvas foram

aparecendo no gráfico até o fim da análise.

Como amostra inicial utilizou o carvão ativo comercial, o carvão pirolisado do

bagaço e posteriormente da folha da cana-de-açúcar. A temperatura inicial das análises

foi de 20°C, temperatura final de 1000°C e temperatura de segurança de 1010°C com

razão de aquecimento de 10°C/min, com esses parâmetros o tempo de análise foi de

1:38 horas.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1. Pirólise

Sabe-se que o reator que foi utilizado para pirólise das amostras teve influência

direta na estrutura dos carvões obtidos, porque mesmo sendo hermeticamente fechado o

seu interior não é inerte, isto é a presença de gás, o que fez com que gases liberados na

pirólise tivessem contato direto com as amostras de carvões. Outro fator a ser

considerado foi a contínua retirada das amostras de carvão pela gaveta do reator que

evitou criar cinzas no carvão fornecendo assim um carvão de alta qualidade.

4.2. Maceração e Influência da densidade

Os carvões foram macerados com a utilização de um cadinho e um pistilo após a

pirólise, segue na figura 6 os carvões macerados, onde pode-se observar a diferença de

granulometria que também foi constatada no estudo de densidade das amostras de

carvão, como pode-se observar no gráfico da figura 7.

Figura 6.. Carvões macerados.

Figura 7.. Gráfico de densidade das amostras de carvão.

4.3 Teste de Dispersão

No teste de dispersão as amostras foram mantidas em repouso por uma semana,

e mesmo assim ainda se notou que a amostra de carvão comercial ainda possuía alguns

grânulos dispersos que foi a amostra com menor densidade. Pode-se notar visualmente

os grânulos dispersos na figura 8.

Figura 8. Imagem dos grânulos de carvão dispersos em meio aquoso.

4.4 Comparação dos Gráficos de Densidade e de Dispersão

Tendo o gráfico densidade é possível fazer uma comparação com o gráfico de

dispersão que é baseado nos dados obtidos no ensaio de turbidimetria onde se esperava

que os carvões com menor densidade apresentassem maior dispersão, mas contudo este

não foi o resultado obtido, como pode-se analisar no gráfico de dispersão da figura 4, o

carvão de couro mesmo tendo uma maior densidade comparada as outras amostras

possui uma maior dispersão comparada a outra amostra de carvão de PET que tem uma

densidade um pouco menor. Já o carvão comercial que obteve uma menor densidade

teve uma grande dispersão e o carvão de PET que possui uma densidade maior que a do

carvão comercial também teve uma alta dispersão. Como pode-se constatar no gráfico

da figura 9 a única amostra que fugiu do esperado foi a de carvão de couro.

Figura 9. Gráfico de dispersão das partículas das amostras de carvão pelo tempo.

4.5 Teste de adsorção

Para realizar o ensaio de absorção dos carvões foi construído, primeiro uma curva

padrão de absorbância do vinho, assim sendo foi possível obter a equação da reta e

calcular a porcentagem de vinho adsorvida pelos carvões. A equação da reta e a curva de

absorbância se encontram na figura do gráfico 10. Na filtração inicial utilizou vinho e

água na proporção de 1:1, isto se fez necessário porque a quantidade de corante no vinho

fazia estourar a absorbância quando foi realizada a leitura apenas com o vinho.

Figura 10. Gráfico de absorbância.

Após os experimentos de adsorção foi possível obter a absorbância e a

porcentagem de vinho adsorvida pelas amostras, que pode ser observado na figura do

gráfico 11, notou-se que em relação ao carvão comercial nenhuma amostra mostrou

resultado satisfatório de adsorção e devido a isto veio a necessidade de tentar fazer uma

ativação química nas amostras, então após esta tentativa de ativação química obteve-se

um novo gráfico de absorbância e porcentagem de vinho adsorvida gráfico da figura 12.

Figura 11. Gráfico de absorbância e porcentagem de vinho adsorvida após a filtração.

Figura 12. Gráfico de absorbância e porcentagem de vinho adsorvida após a filtração com

ativação química.

Pode-se constatar que após a ativação química com cloreto de zinco e ácido

clorídrico das amostras de carvão quando foi realizado novamente os ensaios de

adsorção via filtração de vinho, houve uma melhora significativa na adsorção no carvão

de couro porém o mesmo não aconteceu com o carvão de PET, logo nota-se que os

resultados não foram satisfatórios novamente quando comparados ao carvão comercial.

4.6 Análise DTA

As amostras de carvão de resíduo sólido de couro in natura e de PET foram

submetidas ao DTA e seus gráficos foram comparados com o do carvão ativo comercial,

mostrado na figura 13.

Figura 13. Gráfico do Carvão Comercial

Nota-se que o primeiro pico que é o de perda de água ficou bastante elevado, o

que demonstrava que o carvão se encontrava úmido, ele então foi seco em uma estufa

em um período de aproximadamente 24 horas. Obteve-se então a seguinte curva:

Figura 14. Gráfico do Cravão Comercial Seco

A seguir analisou-se o carvão de couro, obtendo a curva a seguir:

Figura 15. Gráfico do Carvão de Couro

Comparando as curvas do carvão comercial com o de couro, pirolisado em

laboratório, pode-se observar que a maior parte dos picos de ambos é exotérmica, no

entanto, o carvão comercial possui dois picos endotérmicos que mesmo não sendo

grandes picos, ainda assim existem, no entanto, o carvão de couro não apresenta picos

endotérmicos que sejam significativos.

Enfim, analisou-se o couro in natura, para observar as diferenças entre ele e o

carvão obtido a partir dele, obtendo a seguinte curva:

Figura 16. Gráfico do Couro In Natura

Os dois gráficos foram comparados, obtendo a seguinte imagem:

Figura 17. Comparação dos dois gráficos

A curva em verde é a do carvão de couro e a vermelha a do couro, pode-se notar

que a área do pico maior do carvão é maior que a do de couro, ambos possuem em sua

maioria picos exotérmicos, sem picos endotérmicos significativos, mas o gráfico do de

couro possui mais eventos (picos) que o de carvão.

Posteriormente, analisou-se as curvas obtidas no gráfico do carvão de PET,

como mostra a figura 18.

Figura 18. Gráfico do Carvão de PET.

No gráfico de carvão de PET se analisado a 49°C pode-se observar uma mudança da

linha base que pode significar uma transição vítrea ou transição da capacidade

calorífica. O pico exotérmico pode classificar uma reação oxidação ou adsorção. De

850,8°C até 1000°C acontece a decomposição.

No entanto, fazendo um comparativo geral entre os carvões de couro e PET e o

comercial, eles possuem um gráfico muito semelhante, o que demonstra que os carvões

obtidos laboratorialmente chegam perto do esperado, tendo agrupamentos similares.

4.7. Análise Extra do Couro in natura

Tendo e vista que os resíduos de curtume são altamente prejudiciais à saúde

humana e ao meio ambiente, devido à presença de cromo hexavalente em sua

composição, foi realizado um teste extra no couro para observar a porcentagem de

cromo existente. Foi checado todos os picos no scan do ICP e calculando todos os

resultados da varredura da amostra de couro pode-se obter a seguinte tabela

Tabela 1 valores obtidos no scan do ICP.

Mg/Kg Cr Fe Mn K Li Al

Couro 0,8043 %m/m 573,7705 33,44262 20,98361 28,19672 337,7049

Todos os valores da tabela estão em mg/Kg exceto o valor da massa de Cromo

que por estar em maior quantidade foi passado para %m/m.

5. Conclusões Gerais

Quase todas as amostras apresentaram características semelhantes com a

referência, carvão ativo comercial, apontando que estas podem ser utilizadas como

alternativas sustentáveis para produção de carvão ativo. No entanto, deve-se ainda

realizar análises no aparelho de Termogravimetria (TGA) para acompanhar a

desidratação, oxidação, combustão, decomposição das amostras. Assim é possível

descobrir as características dos carvões pirolisados e comparar com o carvão ativo

comercial, para futuramente fazer a substituição do carvão ativo convencional pelo

carvão pirolisado para construção do EDG e posteriormente produção do H2O2.

Aqui, foram pesquisados alguns materiais alternativos que são considerados

muitas vezes como lixo, e que na realidade podem ser aproveitados para algo que traga

um retorno positivo para o meio ambiente, sendo transformados em carvão. O carvão

ativo, mesmo que ainda em estudo, pode ser utilizado como uma alternativa muito boa,

para solução desse grave problema.

Contudo, pode-se observar a partir dessa pesquisa, que o carvão pode apresentar

resultados satisfatórios dentro dos objetivos propostos nesse mesmo projeto, pode-se

observar a partir das análises realizadas nos carvões obtidos laboratorialmente, que cada

material utilizado como matéria-prima para a pirólise reage e se comporta de maneira

diferente, o que dá margem e abertura para novas pesquisas e análises, afim de

aperfeiçoamento da técnica.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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